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如何使用POI和微信宜出行数据研究公服设施空间配置特征?

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2021-04-26

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刘合林


华中科技大学建筑与城市规划学院教授

博士生导师


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郑天铭

华中科技大学建筑与城市规划学院硕士研究生


王珺,佐治亚理工学院建筑学院硕士研究生

谭雅文,武汉大学城市设计学院硕士研究生



文章导读


在考虑均衡配置原则的指导下,城市基本公服设施的空间配置应当注重服务单元内的基本公服设施的数量供给与多样性供给。以武汉市为例,本文发现其在数量特征上呈现典型的核心—边缘格局,在多样性特征上于三环线内呈现核心—边缘格局特征,三环线外表现出断层配置的问题。


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1  引言



自十六届六中全会以来,基本公共服务设施(以下简称基本公服设施)的配置问题备受社会关注。一般而言,城市基本公服设施由城市政府提供以满足一定区域内的城市居民的基本需求。考虑到我国人居环境品质的提升要求,基本公服设施的配置问题值得开展更加科学、深入的探究。由于网络系统依赖型基本公服设施在政府供给方式和居民使用方式方面上与服务半径依赖型设施存在极大差异,难以综合叠加讨论。因此,本文重点关注提供教育、文化、体育、娱乐等服务功能的服务半径依赖型基本公服设施。


基本公服设施供给的空间公平性历来是基本公服设施配置问题的研究重点,其原则是要满足服务区内基本公服设施的需求和供给的平衡。平衡的准则在西方的学术研究中尤为体现在效率与公平的协调上,受此影响,国内大量学者以基本公服设施的数量配置作为切入点探讨其空间公平性,其尺度涉及区域、市域和城市内部。然而,上述研究均以基本公服设施在空间上的数量配置特征为视角开展研究,并为基本公服设施的规划实践提供指导与建议。


另有一批学者采取了与此种思路不同的研究方法,认为需要强调基本公服设施的配置应该充分考虑到具体服务区域的服务对象,即城市居民的具体情况。该类研究在本质上仍是从基本公服设施的数量角度来研究其配置合理性问题。但是,其出发点是将人口数量的空间分布情况与基本公服设施配置数量的空间分布情况进行有效匹配,进而形成基本公服设施配置的规划指导原则。


因此,可以认为,上述对基本公服设施空间配置的研究仍然重视数量适配,而对城市居民在城市基本公服设施需求上表现出的多样性和动态性考虑不足。换而言之,城市基本公服设施空间配置,一方面需要正视基本公服设施的种类多样性而不是将各种基本公服设施量化为同一的某个维度;另一方面,需要充分考虑到城市人口的时空变动过程以及由此引起的基本公服设施需求的多样性及其动态性,从而有的放矢适时更新基本公服设施数量和种类。


此外,还需要重视基本公服设施的服务能效存在空间衰减问题,因此需要关注一定服务单元内的居民个体的社会生活特征。例如,对某一社区生活圈而言,其中的居民如果能够在距离社区较近的便利店解决日常生活所需,则不会选择付出更高的通勤成本而选择生活圈外的更大型的基本公服设施所提供的服务。此外,如果在某一社区生活圈内仅有某一种类型的基本公服设施(例如体育活动设施)而没有其他基本公服设施(例如医疗设施),即使数量供给足够亦不能满足居民实际需求。因此,在关注基本公服设施数量的空间配置之外,还应该关注其多样性,并将基本公服设施的数量配置和多样性配置与其服务人口的空间分布进行有效匹配。


此外,不同的基本公服设施类型在空间上的分布多处于动态变化状态,受调查文件和各类官网等传统数据来源的限制,传统的研究方法难以及时跟踪这种动态变化态势,而大样本数据(例如POI兴趣点数据)为解决此类问题提供了可能。


同时,此前研究往往以统计年鉴中的常住人口为依据实现对基本公服设施的供需测度,其精度,尤其是空间精度非常有限。因此,本文拟以服务半径依赖型基本公服设施为研究对象,基于POI数据和微信宜出行数据展开研究。


综上所述,基本公服设施的数量分布受到研究学者的广泛关注,而多样性维度受到的关注较少且相关研究的空间精度受限明显。因此,本文认为应当统筹数量分布和多样性分布的研究,并将其与人口分布进行对比分析,以武汉市为例挖掘城市基本公服设施的空间配置特征以辅助城市规划和建设。



2  研究思路与方法


2.1 研究思路


根据前文所提出的空间配置研究重点,本文从两个维度展开研究。一是数量特征维度。本文首先统计武汉市中心各区的基本公服设施数量,其次根据《武汉市15分钟社区生活圈实施行动指引》及相关规划与规定确定各类基本公服设施的服务权重,然后基于1km网格采用核密度分析法可视化基本公服设施数量和对应人均基本公服设施数量的空间分布,最后通过比对各个网格的设施数量和人均设施数量,得到存在供需矛盾的网格区域(即有人口而无设施网格)。


二是多样性特征维度。本文利用多样性指数(香农-威纳指数)分析研究区域内基本公服设施的多样性及其分布特征,识别基本公服设施空间配置最为多样的地段。综合上述分析结果,采取叠加分析的方法识别既具有良好数量供给又具备良好多样性的基本公服设施配置空间。


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图1  多样性视角下的城市基本公服设施空间配置特征研究思路


2.2 多样性指数

为识别基本公服设施的空间多样性特征,本文选取香农-威纳指数作为多样性指数的测度方法。该方法的实质是测度一定单元内功能的混合程度。在此基础上,通过对用地多样性指数进行反距离插值,分析研究区域内基本公服设施和各类型基本公服设施内部的空间多样性特征。其计算公式为:

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式中,H是多样性指数,其值域为[0,],在本研究中指代基本公服设施种类数,代表第i种类型的POI数据占一个渔网网格内所有类型POI数据的比例量。H趋近于0时,代表该单元内的基本公服设施种类单一,多样性低。当H取值越大,代表该单元内的基本公服设施种类越丰富,多样性越高。



3 研究范围概况与数据来源


3.1 研究范围概况

本文的研究范围包含武汉市江岸区、江汉区、硚口区、汉阳区、武昌区、洪山区和青山区共7个市辖区,辖区面积达965.75km2。武汉市的城市常住人口基本集聚于该区域。因此,为满足居民生活需求,其基本公服设施配置同样集中于此。


3.2 数据来源

根据相关研究与上位规划,本文将城市基本公服设施分为城市公园、交通服务、商业服务、体育服务、教育服务、文化服务、医疗服务和娱乐服务八个类别(表1)。各类代表基本公服设施的兴趣点数据通过百度API获得。同时,本文利用微信城市服务中的宜出行平台提供的相对人口数据,认定连续一周内日22时的人口中位数为常住人口。


表1  城市基本公共服务设施分类表

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4 基本公服设施的空间配置数量特征



4.1 各区总体数量配置特征


由图2可知,洪山区辖区范围内的基本公服设施总量最多,青山区最少,且除文化服务设施外,其余不同类型的基本公服设施数量的极大值均出现在洪山区,其主要缘于洪山区的辖区范围远大于其余城区。


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图2  各区不同基本公服设施数量总体情况


4.2 空间配置的数量分布特征

借鉴何建华等人认定的武汉市核心识别成果,本文发现武汉市基本公共服务设施的空间配置呈现显著的核心—边缘格局特征。城市中心的基本公服设施配置数量最多,其中汉街一带和武广一带的集聚程度最高;城市边缘地区的基本公服设施配置数量低甚至无配置。同时,研究区域内基本公服设施配置的极核多集中在地标性地段,即对居民日常生活具有较大影响力的区域,例如武广一带、江汉路、街道口和光谷广场等地。


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图3  基本公服设施配置数量分布特征


4.3 空间配置的人均数量分布特征

武汉市基本公服设施人均数量的分布情况在三环线以内也呈现出由核心向边缘递减的核心—边缘结构特征。具体来说,即武广一带、江汉路商圈和汉街一带等城市核心地段的人均基本公服设施数量高于三环线的内侧地段的人均基本公服设施数量。同时,在可视化过程中,当某一网格的人均基本公服设施数量显著不同于相邻网格时,该网格的人均基本公服设施数量将采取不同颜色与大小的“点”来表示。可以发现,武汉市三环线以内出现较多割裂且独立的点,这些点集表明其所属网格的人均基本公服设施数量较低。


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图4  基本公服设施配置的人均数量分布特征


4.4 空间配置数量的空间适配特征

为检验研究区域是否存在基本公服设施配置的空间错位现象,本文以有无基本公服设施与有无人口为基本原则来可视化两者的空间匹配情况(如图5)。就全部类型的基本公服设施总体而言,一是无相对人口却配置有基本公服设施的区域较少,仅在江岸区、洪山区和青山区中存在,通过卫星图观察,上述区域基本均为武汉市乡村地区。二是有相对人口却无基本公服设施配置的区域较多,多数分布于研究区域的边缘带,在各区中的具体街道分布如表2所示。


在分类型的基本公服设施配置空间错位分析中,可以发现城市公园和文化服务设施配置的空间错位网格数量较多,交通服务设施、医疗服务设施、商业服务设施和娱乐服务设施的空间错位网格数量较少。综合总体的基本公服设施和分类型的基本公服设施的空间配置错位结果,可以看到江汉区和武昌区的空间错位网格最少。


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图5  基本公服设施配置数量的空间错位特征


表2 各区基本公服设施数量配置的空间错位街道和集聚地段统计表

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5 基本公服设施空间配置的多样性特征



5.1 各类基本公服设施空间配置多样性的总体分布特征


由前文可知,理论上,研究区域基本公服设施的空间多样性指数的值域为[0,2.08]。分析结果显示,区域内基本公服设施多样性指数的平均值为0.65,方差为0.33,这表明基本公服设施空间多样性的分布具有明显差异。结合图7可以发现基本公服设施配置多样性在武汉市三环内总体上呈现核心—边缘格局特征,也即中心高,边缘低的特点,其中汉街一带基本公服设施配置的多样性峰值区面积最大。而在三环外,与人均基本设施数量相似,存在孤立的低值点夹杂其中,这说明位于该区域的人群无法在该区域享有较为多样的基本公共服务设施,其可能前往以周边区域为圆心划定的15分钟生活圈的区域内解决多样性需求问题。


但是,在该区域还存在大范围的白色区域,这表明居住在该区域的人群既不能在本区域内享有多样性的基本公服设施,也很难在就近的15分钟生活圈内找到多样性的基本公服设施。


而就各区的多样性数值分布而言,多样性指数的最大值出现在武昌区,最小值出现在江岸区、青山区、武昌区、汉阳区和洪山区,且在各区中均呈现越趋近于武汉市核心区域多样性高值区越大的趋势,各区基本公服设施空间配备多样性的具体峰值区如表3所示。综合图6和表3,江汉区的多样性指数均值达到1.37为各区平均多样性指数的最大值,标准差较小,说明江汉区内部的基本公服设施的多样性分异程度不大,且多属于多样性指数高值区。


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图6  各类基本公服设施空间多样性特征


表3  各区基本公服设施多样性分析统计表

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5.2 不同类型基本公服设施空间配置多样性特征

各区不同类型基本公服设施的多样性值域、平均值、最大值及峰值集聚最大区域如表4所示。可以看到,在武汉市各区中,医疗服务设施的多样性要优于其他类型的基本公服设施的多样性。同时,就城市公园设施和交通服务设施而言,各区均存在具有极高多样性的网格,这些网格中配置有相近较高数量的公园与城市广场、公交站与地铁站。至于商业服务设施,可以发现除硚口区外其他各城区商业服务设施多样性最大值均极为接近多样性的最大值1.10,这表明在如表4中所列的各个地段中均配置有相对均衡的便利店、超市和商场。此外,各区中均分布着较大的低多样性分布区,其中以城市公园设施和文化服务设施的低多样性分布区面积最大,而商业服务设施、交通服务设施、医疗服务设施和娱乐服务设施的低多样性分布区面积则相对最小。


表4  各区不同类型基本公服设施多样性分析统计表

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注:表中*表示该类基本公服设施多样性的最大数值。



6  结论与讨论

城市基本公服设施的多样性配置,其目的在于满足城市居民多样的即时性需求和计划性需求。然而,各类基本公服设施在规模与数量上均具有先天的内在差异。因此,本文依据武汉市政府发布的相关规划文件和服务半径标准,并根据距离衰减原理实现对不同类型的基本公服设施服务效能的叠加处理,从某种程度上而言,解决了过往研究中对基本公服设施数量机械叠加统计所带来的不足。


值得注意的是,本文利用1km网格这种空间分析精度来识别和定位城市基本公服设施的空间错配地段(如具体街道),一定程度上为基本公服设施的空间配置优化提供了更具针对性的规划依据。


此外,本文还特别识别出了在基本公服设施人均数量和多样性上均处于上四分位的地段,也即20个研究区域内既具有良好人均数量供给,又具有良好多样性的具体地段(如表5),为武汉市城市更新中的基本公服设施配置提供了一个参照。


此外,笔者认为,未来研究可以进一步考虑研究单元内部使用人群的差异性,可以利用手机信息等大数据分析识别各单元内的人口社会经济属性,从而分辨出不同人群的不同需求及其与单元内的基本公服设施类型的匹配程度。


同时,依据分析结果,笔者认为在未来的城市基本公服设施配置中,城市可以采用占地面积较小的小型基本公服设施开展针灸式的改善工作。例如在医疗服务设施的配置中,由于其具有良好的等级规模互补配置,也即医院+诊所+药店的配置方式,使其在数量和多样性上均表现优良,这为其他类型的基本公服设施的配置方式提供了新的思维。


表5  研究区域内具备良好数量供给和多样性的地段统计表

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致  谢


本研究获湖北省技术创新专项基金[2017ADC073]、城市规划智能决策关键支持技术[D1218006]基金资助。



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